1、中华人民共和国国家标准GB/T 16172-1996 热释放速率试验方法Test method for heat release rate of building materials 本标准非等效采用ISO5660-1，1993火灾试验一一对火反应建筑制品的热释放速率。1 主题内容与适用范围本标准规定了在特定的热辐射条件下测定试样燃烧热释放速率的试验方法。本标准适用于厚度为6-50mm表面基本平整的建筑材料热释放速率的测定，非建筑材料亦可参照使用。2 术语2. 1 材料mater阻i需要测试的单一材料、复合材料或组件。2.2 单一材料homogenous material 单一物质或均匀分布的
2、混合物，如金属、木材、矿纤等。2.3 复合材料composite 由两种或两种以上单一材料组合而成的复合物，如表面有涂层的材料、层压材料等。2.4 组件assembly单一材料和(或复合材料的制成品，其可以包含空气隙，如夹层板等。2.5 暴露表面exposed surface 暴露于试验辐射加热条件下的试样表面。2.6 稿(射照度irradiance 入射到试样表面某点处的面元上的辐射能通量除以该面元的面积，kW/m2 0 2. 7 短暂火焰transitory flaming 在试样表面或其上方的持续时间介于1-4s的火焰.2.8 持续火焰sustained flaming 在试样表面或其上
3、方的持续时间超过4s的火焰。2.9 定位orientation 试验时试样放置的位置，铅垂或水平。2.10 起氧原理oxygen consumption principle 一般来说，材料燃烧时所放出的热量和所消耗的氧的质量成比例。对于大多数材料该比值为13.10 X 10 kJ/kg(02变化范围为士5%。3 试验原理根据耗氧原理，将试祥置于规定的外部热辐射条件下(辐射照度为0-100kW/m勺，通过测量燃烧产物中的氧浓度和排气流量，来计算材料的热释放速率。国家技术监督局1996-03-05批准1996-09-01实施11t 4 对试样材料的要求4. 1 表面平整性4. 1. 1 材料表面应
4、符合下列条件之一GB/T 16172-1996 8. 暴露表茵基本平整不平整度小于土1mm; b. 暴露表面上的不平整是均匀分布的，在一个有代表性的100mmX 100 mm的面积内至少有50%的表面与暴露表面最高点所组成的平面间的距离在10mm以内;或表面上含有的宽度不超过8 mm、深度不超过10mm缝隙或孔洞的总面积不得超过暴露表面积的30%。4. 1. 2 当暴露表面不能满足4.1. 1的条件时，应尽量按4.1. 1的要求进行加工，并在试验报告中详细记录。4.2 非对称性当材料或制品的两个表面材质不同或含有以不同的顺序排列的不同材料层而呈现非对称J险时，如能确定其实际使用表面，则可将该面
5、作为暴露表面进行试验，否则两个表面均应试验。5 试样及制备5. 1 试佯5. 1. 1 除非另有规定，对于选定的每一种辐射照度和暴露表面，至少应制备三个试样进行试验。5.1.2 试样应能表征材料或制品的特征，其尺寸为100mmX100 mm的正方形。5.1.3 对于厚度在6-50mm范围的材料或组件，应取其实际厚度，对于厚度大于50mm的材料，应通过从非暴露表面一侧进行切割使其厚度达到50;mmz对于厚度小于6mm的薄形材料，在试验时应加上能代表其实际使用条件的基板，使总的试样厚度不低于6mmo如果该材料在使用时非暴露表面与空气相接，则试验时也应在试样的非暴露表面与耐热纤维垫之间至少有一个12
6、mm的空气层，这可以用一个金属隔架来实现。5.1.4 当从具有不规则表面的材料上切取试样时，表面的最高点应处于试样的中心部位。5. 1. 5 如材料或复合材料在使用时与特定的基底相接时，试验时也应将基底加上，固定方式可以采取粘结或机械固定。5. 2 试样状态调节试验前，应将试祥在温度23:l:2C、相对湿度为(50土5)%的条件下养护至恒定质量(即在相隔24h 的两次称量中，试样的质量之差不超过试样质量的0.1%或O.1 g.取数值大者。5. 3 试样制备用厚度为0.03-0.05mm的单层铝销包住经过养护的试样的非暴露表面，然后再放回5.2条所规定的环境中直至试验前。6 试验装置6. 1 辐
7、射锥辐射锥由缠绕成圃锥台形状的铠装电加热管装配在双层耐热合金锥套中而构成(见图4).内外锥壳间填以密度为100kg/旷的绝热纤维。辐射锥与支柱的联接应采用饺接形式以便使其既可水平放置也可转成铅垂位置。辐射锥在试样表面产生的热流量由安装在辐射锥上的热电偶和与之相连的自动温度监控仪来调节、控制.监测和控制辐射锥温度的三支热电偶应采用外径为1.0-1. 6 mm的非暴露热节点的或直径为3mm的暴露热节点的K分度铠装热电偶。热电偶与加热管的连接方式为压接。三支热电偶应具有相同的长度，均匀分布在锥体上，并以并联的形式联接到控温仪上。辐射锥的额定功率为5kW.应能在试样表面产生。-100kW/m2的辐射照
8、度。水平定位时，在试样! tj () GB/T 16172-1996 中心部位50mmX50 mm范围内的辐射照度与中心处的辐射照度偏差不得超过土2%，铅垂定位时该偏差不得超过士10%。6. 2 天平量程500g，精度为土0.1g. 6.3 试样安装架6. 3. 1 水平试样架(见图5)的底部应放置一层低密度耐热纤维垫，厚度至少为13mm。辐射锥底面与试样暴露表面之间的距离可通过改变辐射锥的高度(见图4)调节到25mm。6.3.2 铅垂试样架(图6)带有一个盛放少量熔化物的熔滴槽，试样放入铅垂试样架内，用一层低密度耐热纤维作为试样衬垫，厚度至少为13mm，然后再放置硅酸钙衬板，其厚度以一旦插上
9、弹性钢丝卡后，整个试件能固定在一起为宜。铅垂定位时，锥的高度要调整得使辐射锥的轴线与试样暴露表面的中心对准。6. 3. 3 试样保持架(图7)和网格架(图的用来限制水平定位试验时试样的膨胀，减少复合材料的非代表性的边缘燃烧以及固定有分层倾向的试祥。网格架也适用于铅垂定位的试验。6.4 排气系统6.4.1 排气系统由风机、集烟罩、风机的进气与排气管道及孔板流量计等所组成(图9)。排气系统的流量范围为0.012m /50. 035 m /5。6.4.2 在集烟罩与进气管接口处应装一节流孔板(内径57mm)以提高气体1昆合度。6.4.3 环形取样器应装在距集烟罩685mm处的迸气管道内(图9).取样
10、器上应有12个小孔以均化气流组份;小孔与气流方向相反以避免烟灰沉积。6.4.4 排气流量应通过测量风机上方350mm处的锐缘孔板两侧的压差来确定p锐缘孔板的内径为57 mm. 6.4.5 气流的温度应由直径为1.01. 6 mm封闭节点的铠装热电偶或直径为3mm的暴露节点的铠装热电偶来测量，热电偶应安装于捆IJ流孔板上方100mm处。6. 5 气体取祥系统气体取样系统如图10所示，包括环形取样器、取祥泵、过滤器、冷阱、废气排泄、水分过滤器和CO，过滤器。6.6 点火器采用由一10kV互感器提供能量的电火花点火器进行外部点火，火花隙为3mm。水平定位时火花隙应位于试样表面中心上方13mm处e铅垂
11、定位时应位于试样暴露表面的平面内试样架上方5mm处.无论在那种定位条件下，当出现持续火焰后，点火器都应迅速移开。6. 7 点火计时器计时器的示值分辨力为15，计时误差小于15/h。6.8 氧分析仪采用量程为0%25%0，的顺磁型氧分析仪。氧分析仪应呈线性响应，在30min内漂移不得大于士50X10-0对于从量程的10%至90%的响应时间应小于125。6.9 温度监控仪控温仪应能在OlOOOC的范围内自动调节、控制温度，设定分辨力及控温精度均为土2C.且应带有热电偶的自动冷端补偿器.温度显示仪表应具有01100C的量程，示值分辨力为士ZC。7 辅助设备7. 1 热流计应选用卡登型街式(或热电堆式
12、)热流计，设计量程。120kW/m.辐射接收靶的直径为12.5mm.表面覆有耐久的无光泽黑色涂层。辐射接收靶为水冷式。热流汁的准确度为土3%.重复性为161 GB/T 16172-1996 土0.5%。热流计用来标定辐射锥的辐射照度，辐射照度在达到接收靶时不应穿过任何窗孔。标定时，不论那种定位，辐射接收靶都应处在相当于试样表面中心的位置。应准备两支热i流计，一支用于标定装置，一支用于对比。7.2 标定燃烧器为了标定整个测试系统的响应，采用一个有方形开孔并且断面也为方形的黄铜管作为标定燃烧器(见图2或图3)。方形开口上覆有金属网以使燃气扩散，管内充填有陶瓷纤维(密度约为65kg/旷)以提高气流的
13、均匀度。燃气应采用纯度为99.5%以上的甲烧。7.3 数据采集系统数据采集系统应能记录氧分析仪、孔板流量计、热电偶等仪器的输出。对于测氧通道的精度要达到50X 100对于温度测量通道要达到uO. 5C，对于其他的测量通道应为仪器输出全量程的0.01%。该系统应具有以5s一次的周期至少采集1h的容量。数据采集系统的采样周期应用一个精度为1s/h的汁时器进行标定。8 试验环境试验应在没有明显的气流扰动的环境中进行。空气的相对湿度应在20%80%、温度应在1530 C之间。9 试验仪器的标定9. 1 辐射锥的标定每天试验开始前，改变定位方式时或改变辐射照度时，都要用热流计对辐射锥产生的辐射照度进行测
14、量，并由此调整控温仪的设定值，以达到所需要的辐射照度。标定前，应接通辐射锥的电源，并将控温仪设定在与所要求的辐射照度大致相当的工作蔼围内，至少10min后方可开始标定.9.2 氧分析仪的标定9.2. 1 预标定氧分析仪的滞后时间应通过给标定燃烧器输入热释放速率为5kW的甲烧气体并使其燃烧来确定。滞后时间是接通滞后与断开滞后的平均值。接通滞后系指接通气源并点燃后温度读数达到其最终偏值的50%与氧浓度读数达到其最终偏值的50%的时间之差。断开滞后则指断开气源后温度和氧浓度读数下降到其最终偏值的50%的时间之差。计算热释放速率时应取经过滞后时间修正后的氧浓度值。标定时辐射锥不应工作。9. 2. 2
15、工作标定试验前.要对氧分析仪进行校零和标定。校零肘，输入氮气，将氧分析仪的示值调为标定时，输入一定比例的氮氧海合气或空气，调节氧分析仪的示值至相应的浓度值，采用空气时则调为20.95 %。无论在校零还是在标定时，输入气体的压力和流量都应与试验采样时一致。9.3 热释放速率的标定9. 3. 1 热释放速率的标定应在试验之前进行，将甲烧以相当于5kW热释放速率的流量(这个流量可以接甲烧的净燃烧热50.0 X 10 kJ /险，并使用标定过的流量计来得到)输入到标定燃烧器。可以使用干式、湿式流量计或电子质量流量控制器来调节、控制燃气流量。流量计应配有测量气流温度和压力的装置，以便可以进行相应的数据修
16、正。标定时辐射锥可以工作也可以关闭，但不应处于其升温阶段。9. 3. 2 每月至少一次用相当于10kW热释放速率的甲烧按9.3. 1的要求进行标定。用5kW标定过的装置在进行10kW的标定时所得到的热释放速率值应在10kW:l:5%的范围内。GB/T 16172-1996 10 试验程序10. 1 试验准备10. 1. 1 检查CO，和水分过滤器，如必要则更换过滤介质，排净冷阱中的凝结水。10. 1. 2 接通仪器、设备的电源。10. 1. 3 将排气流量速率设定为0.024士。.002m/8.如采用其他的流速，应在报告中说明。10. 1. 4 进行第10章规定的标定。r10. 1. 5 如采
17、用外部点火，贝将点火器插在与所选定位方式相对应的位置上。10. 1. 6 记录试样质量，并将其置于相应的试样架中待用。10. 2 试验步骤10. 2. 1 将盛放试样的试样架和点火器插到规定位置上，开始点火记时和数据采集，采样周期应等于或短于5s。10.2.2 记录闪火或短暂火焰出现的时间，当持续火焰出现时，记录时间，关闭点火电源并移出点火器。如果在撤出点火器后不到608火焰熄灭，则重新插入点火器并点火，若又出现火焰，则停止试验，试验数据作废，重新进行试验而不撤出点火器直到整个试验结束。在试验报告中记录上述情况。10.2.3 在任何燃烧迹象消失后达2min或者试验已持续60min时，停止数据采
18、集，移去试样及试样架，立即称量试样残余质量。观察并记录试样所出现的物理变化，如熔化、膨胀、爆裂等。10. 2.4 如果试样到10min还未被点燃，且未显示出放热的迹象，则中止试验。10. 2. 5 对于每种样品在所选定的辐射照度和定位方式下，应用三块试样进行重复试验，并对三个试样的1808平均热释放速率值进行比较，若其中的一个与这三个的平均值之差超过10%.则必须另取三个试样进行试验，在这种情况下，应报告这六个平均值的算术均值。11 计算11. 1 耗氧分析的标定常数甲烧标定要经常进行，以检验装置是否正常(如果某一次的标定结果与前一次的标定值之差超过5%，则表明装置可能存在问题)。标定常数C由
19、下式计算:1O.o /1. 1. 105 - ). 5X C=J于.( 1 ) (12.54 X 10) X 1.10吨4户xgz-X 式中10.0对应于所输入的10kW的甲饶.12.54XI0是甲烧的t:Jtc/ro值.).10是氧与空气的摩尔质量之比。11. 2 热释放速率11. 2. 1 在进行其他计算之前，应用下式对氧分析仪的滞后时间进行修正X ,(t) = X ,(t + td) 11.2.2 热释放速率q由下式计算1 f!.h. IIJ. X， - X q (t) = I v I X 1. 10 C ，手一二-U一丘V ro I .V V V T. ). 105 - 1. 5X 式
20、中，i式样的MJro值一般可取13.10XI0.除非已知更精确的值。11. 2.3 单位面积的热释放速率可由下式计算zq(t) = q(t)/A. 11.2.4 1808和3008热释放速率平均值的计算公式如下gq一180 1 (t) + q，川t)Jt.t/2十二q;(t)必180 ( 2 ) ( 3 ) ( 4 ) ( 5 ) 16:; GB/T 16172-1996 q, (t)十，(t) Jt.tlz十二q，(t)t.t q Jm= 300 ;=2 ( 6 l 式中n=1801缸，或n=3001t.t.对于不能呈现持续燃烧火焰的试样，则将试验开始后、最末一个负的热释放速率值之后的下一个
21、值作为起始值来计算上面所列各时间段的值。如果试验在1808之前就结束了，所有余下的采集点就都定为0，但计算平均值所取的采集次数仍不变。注在试验某些试样时并不出现可见的持续火焰，但确实显示出非零的热释放速率值.通常，由于在试样开始燃烧之前.数据输出在零附近波动，会有负值输出.11.3排气管道的质量流量速率在排气管道中的质量流量速率m.由下式给出:m. =CJ主11. 4 平均有效燃烧热A-, = L:;q (t)句iff = -一-白白白白ngam-杭nf11. 5 符号A. 试样暴露表面的面积(m), C一一耗氧分析的标定常数(m旧kg山K1/2); Ah，一净燃烧热(kJ/g), hcdl一
22、一平均有效燃烧热(kJ/g)，m, 试样的初始质量(kg), mf试样的残余质量(kg)，m , 排气质量流量(kg/8l，4户一于L板两侧的压差(Pa), q(t)热释放速率也W)，q (t)一一单位面积的热释放速率(kW1m); qHmM 最大热释放速率(kW1m), /，即试样被引燃后1808内的单位面积平均热释放速率(kW1m2); q飞试样被引燃后300s内的单位面积平均热释放速率(kW1m); uo一试样在试验过程中的单位面积总热释放最(MJI旷), 0一一氧与燃料的化学当量比$t-一一时间(8), td一一氧分析仪的滞后时间也); ti, 引燃时间(8), t.t 采样间隔(8)
23、, T , 测流于L板处气体的绝对温度(K), X 02-氧浓度的瞬时值(未经修正), Xgz氧浓度的初始值，XO2 1滞后时间修正后的氧浓度值。1 !)- ( 7 ) . ( 8 l GB/T 16172-1996 12 试验报告试验报告一般应包括下列内容za. 实验室名称和地址zb. 委托试验单位名称和地址，c 材料生产厂名称和地址3d. 试验日期和实验者;e. 材料或制品的名称、基本性质，如结构、成份、密度等1f. 试样制备的情况及试样特性;如厚度、质量、颜色以及试样数目等FS 试样的定位方式、暴露表面以及是否使用试样保持架或网格架$h. 辐射照度(kW/m)和排气流量(旷/s); i.
24、 热释放速率-时间曲线;j. 兰次试验的平均试验结果，包括s引燃时间材、引燃后180s和300s内的热释放速率平均值(选做)(kW /m)、总热释放量(MJ/m)、试样的初始质量和残余质量(kg)、平均有效燃烧热(MJ/kg)、引燃后至试验结束期间内的平均质量损失(kg/s); k. 试验现象观察记录，如膨胀、熔化滴落、爆裂剥落等。单位:mm 1 2 3 4 5 6 7 g 9 10 I1 7 685 .。例的的Nmw-们注=凡图中标有锺记号的尺寸均为关键性尺寸，并且公差应为土1mmo其他尺寸均为推荐尺寸，应尽量采用.图1试验装置示意图I 电机f2-，-.风机，3一孔板孔径57mm)J4导压管
25、，5一热电偶而一环形取样器，7一排器管道内径114rnm)JB一孔板(孔径57mm);9 集烟罩;10一试样，11辐射锥ll5 GB/T 16172-1996 9 3 叫图2部件分解图(水平定位1-锥绞接固定主I!(可调节锥的高度)，2-电火花点火器，3标定燃烧器，4热流计，5热流it固定夹块p6水平试样架，7一低密度陶瓷纤维垫，8铝箱，9一试样I ! i i J J 图3部件分解图(铅垂定位i 二f J 1 电火花点火器，2一标定燃烧器，3热流计，4热流计固定夹块，5弹性钢丝卡e6 硅酸钙衬板，7低密度陶瓷纤维垫，8一铝锚，9试样，!O一铅垂试样架16172-1996 GB/T 单位:mm
26、9/J, I 8 才IJ尸!IlI-!lty6 7 5 图4辐射锥l 热电偶;2 外锥壳，3内锥壳;4电热管，5低密度陶瓷纤维，6一顶板s7 底板，8一支柱，9一锥佼接固定架可调节锥的高度40 四角知搜的N 2. 4 106. (i 7 水平试样架图5-00 16172 1996 GB/T 不锈钢板1.5 mm厚单位:mm 材料s脚销头回回LMHH趴盹4.8 ， A , B. i 守。-4 A-A 剖面图 的25 卢令令毛才令夺104 令夺弹性嗣盐卡B-B剖面回铅垂试样架图6不锈钢板1.5mm厚单位:mm 材料 试样保持架(选用) 问94 1:- 呻司。_.J 图7 叫-1GB 16172-1
27、996 GB/T l| 100 所有主点押撞网格架(选用)图B单位:mm c-c s B-B 68:; 4 A-A 2 l 。的例C B 169 , 图9排气系统示意图1 风机，2孔板孔径57mm);3 导压管，4一热电偶，5环形取样器(进气孔朝向风机)，6一孔板孔径57mm) GB/T 16172-1996 123456789 11 12 13 图10气体分析流程示意图1 环形取样器，2灰尘过滤器，3冷阱，4冷凝水分离室，5排防阀，6取样泵，7流量调节器88 干燥器，9通向CO，和co分析仪(选用);10CO，过滤器，11一流量调节器;12一7m微尘过滤器;13氧分析仪;14流量计，15排放附加说明:本标准由中华人民共和国公安部提出。本标准由全国消防标准化技术委员会第七分技术委员会归口。本标准由公安部天津消防科学研究所和公安部四川消防科学研究所负责起草。本标准主要起草人杜兰萍、钱建民、马依东、赵彦华。!U
